[核心回顧]1.從宏觀角度和微觀角度理解反應(yīng)熱
2.中和反應(yīng)反應(yīng)熱(1)測定原理c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1;n為生成H2O的物質(zhì)的量。稀溶液的密度用1 g·mL-1進(jìn)行計(jì)算。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置(3)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值在25 ℃和101 kPa下,強(qiáng)酸的稀溶液與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成1 ml H2O時,放出57.3 kJ的熱量:H+(aq)+OH-(aq) ══ H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·ml-1。
3.書寫熱化學(xué)方程式的“五步驟”
5.計(jì)算反應(yīng)熱(ΔH)的四種常用方法(1)根據(jù)物質(zhì)能量(焓值)計(jì)算反應(yīng)熱:ΔH=生成物總能量-反應(yīng)物總能量;(2)根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱:ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能;(3)根據(jù)活化能計(jì)算反應(yīng)熱:ΔH=Ea(正反應(yīng))-Ea(逆反應(yīng));(4)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱:熱化學(xué)方程式的疊加,符合質(zhì)量守恒和能量守恒規(guī)律。
[命題角度]角度1根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱【典例】 (2022浙江6月選考卷)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,下列物質(zhì)氣態(tài)時的相對能量如表所示:
可根據(jù)HO(g)+HO(g) ══ H2O2(g)計(jì)算出H2O2中氧氧單鍵的鍵能為214 kJ·ml-1。下列說法不正確的是(　　)A.H2的鍵能為436 kJ·ml-1B.O2的鍵能大于H2O2中氧氧單鍵的鍵能的兩倍C.解離氧氧單鍵所需能量:HOOI->Br->Cl->OH-(水)。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進(jìn)行判斷:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)。微點(diǎn)撥:①鐵作為陽極時,發(fā)生氧化反應(yīng)生成Fe2+而溶解,不是Fe3+;②電解時,溶液中Fe3+發(fā)生還原反應(yīng),一般生成Fe2+。
3.熟悉兩種電化學(xué)防護(hù)原理及方法兩種方法都要采用輔助陽極,將被保護(hù)金屬作為陰極
[命題角度]角度1電解原理及其應(yīng)用【典例】 (2022廣東卷,10)以熔融鹽為電解液,以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進(jìn)行電解,實(shí)現(xiàn)Al的再生。該過程中(　　)A.陰極發(fā)生的反應(yīng)為Mg-2e- ══ Mg2+B.陰極上Al被氧化C.在電解槽底部產(chǎn)生含Cu的陽極泥D.陽極和陰極的質(zhì)量變化相等
提示 由題干信息可知,以鋁合金廢料作為陽極進(jìn)行電解,鎂和鋁在陽極失電子,A、B兩項(xiàng)錯誤;進(jìn)行電解時,銅失電子能力小于鋁,不能在電極上放電,與硅以單質(zhì)形式沉積在電解槽陽極底部,形成陽極泥,C項(xiàng)正確;由于陽極存在多種金屬放電,陰極為單一離子放電,陰極和陽極質(zhì)量變化不相等,D項(xiàng) 錯誤。
角度拓展1.(2022福建泉州模擬)無金屬薄碳電極(TCE)可利用天然木材為原料,經(jīng)過炭化和活化處理制得。利用TCE電極電還原去除氮氧化物污染的原理如圖所示。判斷下列說法是否正確。
(1)Pt電極附近溶液pH變大。(　　)(2)TCE電極的電極反應(yīng)式:2NO2+8H++8e- ══ N2+4H2O。(　　)(3)Pt電極生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L氣體,理論上能處理0.2 ml NO2。(　　)
提示 (1)Pt電極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e- ══ O2↑+4H+,溶液中c(H+)增大,pH變小;(3)Pt電極生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L氣體,其物質(zhì)的量為0.1 ml,根據(jù)2H2O-4e- ══ O2↑+4H+可知,轉(zhuǎn)移0.4 ml電子,再根據(jù)TCE電極的電極反應(yīng)式2NO2+8H++8e- ══ N2+4H2O,可知消耗NO2的物質(zhì)的量為0.1 ml。
2.(2022廣東梅州模擬)電解法常用于分離提純物質(zhì),某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小組利用設(shè)計(jì)的電解分離裝置(如圖),使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液進(jìn)行回收利用(已知:
(1)陰極室生成的物質(zhì)為NaOH和H2。(　　)(2)a離子交換膜為陽離子交換膜。(　　)(3)當(dāng)外電路中轉(zhuǎn)移2 ml電子時,陽極室可生成1 ml 。(　　)
角度2電化學(xué)防護(hù)原理及應(yīng)用【典例】 (2022廣東卷,11)為檢驗(yàn)犧牲陽極的陰極保護(hù)法對鋼鐵防腐的效果,將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后,取溶液分別實(shí)驗(yàn),能說明鐵片沒有被腐蝕的是(　　)A.加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍(lán)色出現(xiàn)C.加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn)D.加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍(lán)色沉淀生成
提示 檢驗(yàn)鐵片是否被腐蝕,實(shí)際上就是檢驗(yàn)有無Fe2+產(chǎn)生。溶液中的氯離子能與銀離子反應(yīng)生成氯化銀沉淀,加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀無法說明Fe2+是否存在,A項(xiàng)錯誤;加入淀粉碘化鉀溶液無藍(lán)色出現(xiàn),說明不存在Fe3+,但不能確定是否存在Fe2+,B項(xiàng)錯誤;加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn),說明不存在Fe3+,但不能確定是否存在Fe2+,C項(xiàng)錯誤;加入鐵氰化鉀溶液,無藍(lán)色沉淀生成,說明溶液中無Fe2+,即鐵片未被腐蝕,D項(xiàng)正確。
角度拓展1.(2022湖南雅禮中學(xué)模擬)點(diǎn)蝕又稱為孔蝕,是一種集中于金屬表面很小的范圍并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài),某鐵合金鈍化膜破損后的孔蝕如圖所示。判斷下列說法是否正確。
(1)為防止孔蝕發(fā)生可以將外接電源正極與金屬相連。(　　)(2)蝕孔外每吸收2.24 L O2,則此時HCl可以氧化0.2 ml Fe。(　　)(3)圖中孔隙中局部可能發(fā)生析氫腐蝕。(　　)
提示 (1)利用外加電流法保護(hù)金屬時,被保護(hù)金屬與外加電源的負(fù)極相連。(2)未注明氣體所處環(huán)境,無法計(jì)算其物質(zhì)的量。
2.(2022江蘇南通中學(xué)調(diào)研)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。判斷下列說法是否正確。
(1)鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-2e- ══ Fe2+。(　　)(2)活性炭的存在會加速鐵的腐蝕。(　　)(3)以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕。(　　)
提示 (3)以水代替NaCl溶液,電解質(zhì)溶液呈中性,鐵發(fā)生吸氧腐蝕。
——突破一　命題篇——
新教材新高考 新型二次電池及分析二次電池是世界上廣泛使用的一種“化學(xué)電源”,具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前國際上研發(fā)的熱點(diǎn)。基于教材中鉛酸蓄電池的認(rèn)知模型,結(jié)合原電池原理和電解原理,分析二次電池在放電、充電過程中電極或電解質(zhì)溶液發(fā)生的變化,并根據(jù)電子守恒進(jìn)行簡單計(jì)算。
典例突破1(2022福建莆田一模)科學(xué)家開發(fā)了一種高能量密度的鋰硫電池。其裝置如圖所示,當(dāng)電池放電時,S8與Li+在多孔碳粒材料處生成Li2Sx(x為1~8)。下列說法正確的是(　　)
A.放電時,電流由鋰電極經(jīng)用電器流向多孔碳粒材料B.放電時,正極上的電極反應(yīng)式為xS8+16e-+16Li+ ══ 8Li2SxC.充電時,電路上通過2 ml電子,理論上陰極質(zhì)量減少14 gD.非水電解質(zhì)可以用“超強(qiáng)酸”HSbF6代替
答案 B解析 放電時,鋰電極為電源負(fù)極,電流由多孔碳粒材料經(jīng)用電器流向鋰電極,A錯誤;放電時,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為xS8+16e- ══ +16Li+8Li2Sx,B正確;充電時,陰極發(fā)生還原反應(yīng),電路上通過2 ml電子,理論上陰極生成2 ml Li,故質(zhì)量增加14 g,C錯誤;電極材料為活潑金屬鋰,鋰能與酸反應(yīng),故非水電解質(zhì)不可以用“超強(qiáng)酸”HSbF6代替,D錯誤。
典例突破2(2022北京豐臺區(qū)一模)一種可充電的鋅錳分液電池,其結(jié)構(gòu)如下圖所示:
下列說法不正確的是(　　)A.放電時,正極電極反應(yīng)式:MnO2+4H++2e- ══ Mn2++2H2OB.充電時,Zn作陰極:[Zn(OH)4]2-+2e- ══ Zn+4OH-C.離子交換膜a和b分別為陽離子交換膜和陰離子交換膜D.充電過程中K2SO4溶液的濃度逐漸降低
答案 C解析 放電時,Zn是負(fù)極,MnO2是正極,正極的電極反應(yīng)式為MnO2+4H++2e- ══ Mn2++2H2O,A正確;放電時,Zn是負(fù)極,充電時,Zn作陰極,陰極的電極反應(yīng)式為[Zn(OH)4]2-+2e- ══ Zn+4OH-,B正確;放電過程中,正極區(qū) 通過離子交換膜a進(jìn)入硫酸鉀溶液,負(fù)極區(qū)K+通過離子交換膜b進(jìn)入硫酸鉀溶液,則a和b分別為陰離子交換膜和陽離子交換膜,C錯誤;充電過程中,K+通過離子交換膜b進(jìn)入負(fù)極區(qū), 通過離子交換膜a進(jìn)入正極區(qū),故K2SO4溶液的濃度逐漸降低,D正確。
新材料新情境 北京冬奧會與氫燃料電池汽車新材料　為實(shí)現(xiàn)“綠色冬奧”的承諾,2022年2月4日至2月20日北京冬奧會期間我國政府在北京、延慶和張家口三大賽區(qū)共投入使用816輛氫氧燃料電池汽車作為主運(yùn)力開展示范運(yùn)營服務(wù),再次將綠色奧運(yùn)提到了新高度。
思考(1)氫氧燃料電池中,通入空氣(或氧氣)的是　　　　(填“正極”或“負(fù)極”);?(2)若氫氧燃料電池使用稀硫酸作電解質(zhì)溶液,負(fù)極電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　,正極電極反應(yīng)式為　 。?
H2-2e- ==== 2H+
O2+4H++4e- ==== 2H2O
典例突破3(2022陜西漢中二模)“踐行雙碳目標(biāo),助力綠色冬奧”,2022年北京冬奧會使用了搭載國家電投氫能公司全自主研發(fā)的“氫騰”燃料電池系統(tǒng)的宇通氫能大巴。某種氫
燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖,下列說法正確的是(　　)A.b極為正極,電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O ══ 4OH-B.電子流向:從電極a經(jīng)電解質(zhì)溶液到電極bC.裝置工作一段時間后,電解質(zhì)溶液的pH增大D.正極每消耗2.24 L H2,轉(zhuǎn)移2 ml電子
答案 C解析 通入氧氣的電極b為正極,酸性條件下,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水,電極反應(yīng)式為O2+4H++4e- ══ 2H2O,A錯誤;通入氫氣的電極a為負(fù)極,通入氧氣的電極b為正極,電子從電極a經(jīng)用電器到電極b,B錯誤;電池工作時,反應(yīng)生成水,電解質(zhì)溶液體積增大,溶液中c(H+)減小,溶液的pH增大,C正確;未告知是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下,無法計(jì)算2.24 L H2的物質(zhì)的量和反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,D錯誤。
——突破二　解題篇——
素養(yǎng)命題+題型突破1.反應(yīng)熱的計(jì)算及蓋斯定律的應(yīng)用(變化觀念與平衡思想)新高考山東卷、廣東卷、河北卷等在非選擇題中考查反應(yīng)熱的計(jì)算,從鍵能、燃燒熱、蓋斯定律等角度進(jìn)行反應(yīng)熱的簡單計(jì)算,能用熱化學(xué)方程式表示反應(yīng)中的能量變化,運(yùn)用反應(yīng)焓變合理選擇和利用化學(xué)反應(yīng),側(cè)重考查考生的綜合分析能力、簡單計(jì)算能力。
典例突破1(2022遼寧撫順六校聯(lián)考)我國科學(xué)家合成高選擇性光催化劑,在溫和條件下利用CO2合成CH3CHO:
答案 +186解析 分析反應(yīng)①和反應(yīng)②,確定需消去的中間物質(zhì)是CO2(g),根據(jù)蓋斯定律,由①-②×2可得反應(yīng)2CH4(g)+H2O(g) CH3CHO(g)+3H2(g),則有ΔH=ΔH1-2ΔH2=-170 kJ·ml-1-(-178 kJ·ml-1)×2=+186 kJ·ml-1。
方法點(diǎn)撥(1)根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱:ΔH=?(反應(yīng)物鍵能)-?(生成物鍵能)。(2)利用蓋斯定律解題的思維流程——“疊加法”
針對訓(xùn)練1(2022廣東深圳一模)N2O是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》所列六種溫室氣體之一。目前,直接催化分解法是消除N2O的主要方法,該過程中發(fā)生的反應(yīng)如下:
答案 ΔH3-ΔH1-ΔH2解析 分析題給三個熱化學(xué)方程式,確定消去中間物質(zhì):N2O(g)、N2(g),根據(jù)蓋斯定律,由ⅲ-ⅰ-ⅱ可得反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),則有ΔH=ΔH3-ΔH1-ΔH2。
2.新型化學(xué)電源及分析(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)新高考山東卷、河北卷、天津卷等在選擇題中設(shè)置考查化學(xué)電源及原理分析題,側(cè)重考查原電池原理及電解池原理的應(yīng)用,此類題的認(rèn)知模型是教材中氫氧燃料電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池等?；谧钚驴蒲谐晒?向考生展現(xiàn)科學(xué)研究的過程,領(lǐng)悟科學(xué)家的科學(xué)思維和方法,激發(fā)理論創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐的興趣,激發(fā)學(xué)習(xí)動力,體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的育人價值作用。
典例突破2(2022河北唐山一模)鈉離子電池比鋰離子電池更穩(wěn)定,造價更低,可實(shí)現(xiàn)5~10 min內(nèi)快速充電,電池結(jié)構(gòu)如圖,總反應(yīng):NaC6+Na1-xMO2 NaMO2+Na1-xC6(0≤x≤0.55,M為過渡金屬)。下列敘述正確的是(　　)
A.單位質(zhì)量的負(fù)極材料鈉離子電池比鋰離子電池可以提供更多的電量B.放電時,Na+從石墨烯納米片中脫嵌,經(jīng)電解質(zhì)嵌入過渡金屬氧化物C.充電時,陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為Na1-xMO2+xe-+xNa+ ══ NaMO2 (0≤x≤0.55)D.充電時,外電路中每轉(zhuǎn)移0.1 ml e-,理論上石墨烯納米片將增重4.6 g
答案 B解析 金屬鈉的摩爾質(zhì)量大于金屬鋰,單位質(zhì)量的鈉失去電子的物質(zhì)的量小于金屬鋰,則鈉離子電池提供的電量少于鋰離子電池,A錯誤;放電時,Na+從石墨烯納米片中脫嵌,經(jīng)電解質(zhì)嵌入過渡金屬氧化物,B正確;充電時,石墨烯納米電極與直流電源負(fù)極相連,為電解池的陰極,Na1-xC6在鈉離子作用下得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NaC6,電極反應(yīng)式為Na1-xC6+xNa++xe- ══ NaC6,C錯誤;由電極反應(yīng)式Na1-xC6+xNa++xe- ══ NaC6可知,外電路中每轉(zhuǎn)移0.1 ml e-,理論上石墨烯納米片將增重0.1 ml×23 g·ml-1=2.3 g,D 錯誤。
方法點(diǎn)撥 “四步法”突破新型化學(xué)電源的構(gòu)成及原理類題
針對訓(xùn)練2(2022湖南常德一模)近期,某科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型的鋅離子熱充電電池,可以利用人體產(chǎn)生的低熱量充電。該電池以Zn和VO2-PC為電極材料,實(shí)現(xiàn)了低熱量發(fā)電。放電時,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.分離器可以為陰離子交換膜B.充電時,陽極電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O+2xe- ══ VO2+xZn2++yH2OC.放電時,電流從Zn極流向VO2-PC極D.充電時,鋅離子從較高溫一側(cè)移至低溫一側(cè)
答案 D解析 放電時,Zn為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e- ══ Zn2+,VO2結(jié)合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,說明Zn2+從負(fù)極移向正極,則分離器可以是陽離子交換膜,但不能是陰離子交換膜,A錯誤;充電時,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為ZnxVO2·yH2O-2xe- ══ VO2+xZn2++yH2O,B錯誤;放電時,電流由正極流向負(fù)極,即電流從VO2-PC極流向Zn極,C錯誤;充電時,Zn2+由較高溫區(qū)向左側(cè)低溫區(qū)遷移,并在Zn電極得電子被還原為Zn,D正確。
3.電解原理及其應(yīng)用(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)近三年,新高考山東卷、湖南卷、河北卷等重點(diǎn)考查了電解原理及其應(yīng)用,建構(gòu)電解池的裝置模型和工作原理的認(rèn)知模型,基于此分析陌生電解池的工作原理,結(jié)合物質(zhì)的氧化性、還原性強(qiáng)弱,分析電極上放電物質(zhì)及反應(yīng)產(chǎn)物,根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行電解池的相關(guān)計(jì)算,并設(shè)計(jì)電解池實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化或能量轉(zhuǎn)化。
典例突破3(2022湖南懷化二模)乙醛酸(HOOCCHO)是有機(jī)合成的重要中間體。工業(yè)上以乙二醛(OHCCHO)和乙二酸(HOOCCOOH)為原料,用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖所示。該裝置中陰、陽兩極均為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛與M電極生成的物質(zhì)反應(yīng)生成乙醛酸。下列說法錯誤的是(　　)
A.M極與直流電源的正極相連B.N電極上的電極反應(yīng)式:HOOCCOOH+2e-+2H+ ══ HOOCCHO+H2OC.電解一段時間后,N極附近溶液的pH變小D.若有2 ml H+通過質(zhì)子交換膜,則該裝置中生成的乙醛酸為2 ml
答案 C解析 由題圖可知,與直流電源正極相連的M電極為電解池的陽極,A正確;N電極為陰極,乙二酸在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙醛酸,電極反應(yīng)式為HOOCCOOH+2H++2e- ══ HOOCCHO+H2O,B正確;由B項(xiàng)分析的N電極反應(yīng)式可知,放電時消耗H+,溶液pH增大,C錯誤;若有2 ml H+通過質(zhì)子交換膜,陰極和陽極均生成1 ml乙醛酸,則裝置中生成的乙醛酸的物質(zhì)的量為2 ml,D正確。
方法點(diǎn)撥1.判斷電解池的陰極和陽極的方法
2.電解池中電極產(chǎn)物的判斷和電極反應(yīng)式的書寫
針對訓(xùn)練3(2022山東菏澤一模)氫能因其環(huán)境友好性被譽(yù)為“終極能源”。近日,科學(xué)家利用電解原理將氨轉(zhuǎn)化為高純氫氣,其裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.陽極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH- ══ N2+6H2OB.OH-由a電極通過交換膜遷移向b電極C.電解一段時間后,陰極區(qū)的pH不變D.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子時,理論上可生成高純氫氣11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
答案 C解析 根據(jù)題給圖示,陽極氨氣失電子生成氮?dú)夂退?電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH- ══ N2+6H2O,A正確;a電極發(fā)生還原反應(yīng),a是陰極,b是陽極,陰離子由陰極移向陽極,OH-由a電極通過交換膜遷移向b電極,B正確;陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-,電解一段時間后,陰極區(qū)的pH增大,C錯誤;由陰極的電極反應(yīng)式2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-可知,當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子時,理論上可生成高純氫氣11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),D正確。
——突破三　熱點(diǎn)專攻——
一、反應(yīng)歷程(機(jī)理)的分析及應(yīng)用高考必備1.命題分析近三年,新高考湖南卷、山東卷、河北卷等均出現(xiàn)了考查反應(yīng)歷程(機(jī)理)的試題,以分析反應(yīng)過程為主,涉及共價鍵的變化、催化劑和反應(yīng)中間體、氧化還原反應(yīng)、能量變化、化學(xué)反應(yīng)速率、活化能等,充分體現(xiàn)新高考對學(xué)科素養(yǎng)中“學(xué)習(xí)掌握”“實(shí)踐探索”“思維方法”三個維度的全面考查。
2.催化劑和反應(yīng)中間體的判斷(1)催化劑:分步反應(yīng)中,參與第一步反應(yīng),并在最后一步重新生成的物質(zhì)。(2)反應(yīng)中間體:除最初反應(yīng)物、最終生成物及催化劑外,其他物質(zhì)一般都是反應(yīng)中間體。3.物質(zhì)的能量變化及穩(wěn)定性的判斷(1)物質(zhì)的能量變化:根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量的相對高低,判斷吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng);根據(jù)物質(zhì)具有能量或共價鍵的鍵能確定反應(yīng)熱(ΔH)。(2)正、逆反應(yīng)活化能的比較:結(jié)合ΔH=Ea(正反應(yīng))-Ea(逆反應(yīng))進(jìn)行比較,如若為放熱反應(yīng)ΔHⅡD.進(jìn)程Ⅳ中,Z沒有催化作用
答案 A D解析 由圖中信息可知,進(jìn)程Ⅰ中S的總能量大于產(chǎn)物P的總能量,因此進(jìn)程Ⅰ是放熱反應(yīng),A正確;進(jìn)程Ⅱ中使用了催化劑X,但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率,因此在兩個進(jìn)程中平衡時P的產(chǎn)率相同,B錯誤;進(jìn)程Ⅲ中由S·Y轉(zhuǎn)化為P·Y的活化能高于進(jìn)程Ⅱ中由S·X轉(zhuǎn)化為P·X的活化能,由于這兩步反應(yīng)分別是兩個進(jìn)程的決速步驟,因此生成P的速率為Ⅲ300 mg,說明此時已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移,D項(xiàng)正確。
2.(2022全國甲卷,10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中,Zn2+以 存在]。電池放電時,下列敘述錯誤的是(　　)
A.Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B.Ⅰ區(qū)的 通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C.MnO2電極反應(yīng):MnO2+4H++2e- ══ Mn2++2H2OD.電池總反應(yīng):Zn+4OH-+MnO2+4H+ ══ +Mn2++2H2O
答案 A解析 根據(jù)電池裝置圖可知,Zn電極為負(fù)極,MnO2電極為正極。根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的移動方向(陰離子向負(fù)極定向移動,陽離子向正極定向移動)的規(guī)律可知,A項(xiàng)敘述錯誤,B項(xiàng)敘述正確;電池放電時的正極反應(yīng)為MnO2+4H++2e- ══ Mn2++2H2O,C項(xiàng)敘述正確;放電時的負(fù)極反應(yīng)為Zn+4OH--2e- ══ ,由此可知,放電時的電池總反應(yīng)為Zn+4OH-+MnO2+4H+ ══ +Mn2++2H2O,D項(xiàng)敘述正確。
3.(2021天津卷,11)如圖所示電解裝置中,通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐漸溶解,下列判斷錯誤的是(　　)
A.a是電源的負(fù)極B.通電一段時間后,向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出現(xiàn)紅色C.隨著電解的進(jìn)行,CuCl2溶液濃度變大D.當(dāng)0.01 ml Fe2O3完全溶解時,至少產(chǎn)生氣體336 mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下)
答案 C解析 通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐漸溶解,說明石墨電極Ⅱ?yàn)殛枠O,則b為電源的正極,a為電源的負(fù)極,石墨電極Ⅰ為陰極,A正確;石墨電極Ⅱ?yàn)殛枠O,通電一段時間后,產(chǎn)生O2和H+,所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出現(xiàn)紅色,B正確;隨著電解的進(jìn)行,Cu2+在陰極得電子生成銅單質(zhì),則CuCl2溶液濃度變小,C錯誤;當(dāng)0.01 ml Fe2O3完全溶解時,消耗氫離子的物質(zhì)的量為0.06 ml,根據(jù)陽極電極反應(yīng)式2H2O-4e- ══ O2↑+4H+,產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量為0.015 ml,體積為336 mL(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下),D正確。
方法點(diǎn)撥判斷離子交換膜種類的方法(1)判斷離子交換膜的用途是制取物質(zhì),還是避免電極產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則,判斷離子交換膜的種類。明確電極反應(yīng)及產(chǎn)物,寫出陰、陽極上的電極反應(yīng)。(3)依據(jù)電極反應(yīng)式判斷該電極附近剩余哪種離子,考慮交換膜的用途,結(jié)合溶液呈電中性的原則,判斷離子移動的方向,確定離子交換膜的種類。
考向預(yù)測 1.(帶隔膜的化學(xué)電源)(2022福建泉州二模)我國科學(xué)家利用光激發(fā)氧還原與氧析出反應(yīng)構(gòu)建了一種夾心三明治結(jié)構(gòu)的鋅-空氣電池,實(shí)現(xiàn)了光能在電池中的轉(zhuǎn)換或存儲。
電池反應(yīng)式為2Zn+O2══2ZnO,裝置如圖所示。下列說法錯誤的是( 　)A.放電時,通入O2的一極為正極B.放電時,鋅電極的電極反應(yīng)式為Zn+2OH--2e- ══ ZnO+H2OC.充電時,當(dāng)電路中通過0.2 ml電子,Zn電極增重6.5 gD.析出等量氧,光激發(fā)可降低充電所需的電能
答案 C解析 根據(jù)電池反應(yīng)為2Zn+O2 ══ 2ZnO,Zn失電子為負(fù)極,通入O2的一極為正極。放電時,O2得電子,故通入O2的一極為正極,A正確;放電時,Zn失電子生成ZnO,故電極反應(yīng)式為Zn+2OH--2e- ══ ZnO+H2O,B正確;充電時,Zn電極發(fā)生反應(yīng)ZnO+H2O+2e- ══ Zn+2OH-,當(dāng)電路中通過0.2 ml電子,有0.1 ml ZnO被還原生成0.1 ml Zn,故電極減重0.1 ml×81 g·ml-1-0.1 ml×65 g·ml-1=1.6 g,C錯誤;析出等量氧為充電過程,光激發(fā)實(shí)現(xiàn)了光能向電能的轉(zhuǎn)化,故光激發(fā)為電池充電提供了一部分能量,因此可降低充電所需的電能,D正確。
2.(帶隔膜的化學(xué)電源)某科研團(tuán)隊(duì)研制了一種基于陽離子型活性分子的中性水系有機(jī)液流電池,以[Pyr-TEMPO]和[Pyr-PV]Cl4作中性水系有機(jī)液流電池的電極材料,已知放電時[Pyr-PV]2+先轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]3+,后轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]4+,電池工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.放電的過程中,氯離子由b電極向a電極移動B.放電時,負(fù)極的電極反應(yīng)之一為[Pyr-PV]3+-e- ══[Pyr-PV]4+C.a電極的電勢比b電極的低D.充電時,b電極為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)
答案 B解析 放電時[Pyr-PV]2+先轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]3+,后轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]4+,可知b電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),b極為電源負(fù)極,則a電極為正極。放電時,氯離子由a電極向b電極移動,A錯誤;放電時,負(fù)極的電極反應(yīng)之一為[Pyr-PV]3+-e- ══[Pyr-PV]4+,B正確;充電時,a電極為陽極,b電極為陰極,故無論放電或充電,a電極的電勢均比b電極的高,C錯誤;充電時,b電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),D錯誤。
3.(帶隔膜的化學(xué)電源)研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源,還能對工業(yè)污水等進(jìn)行處理。利用微生物燃料電池處理含硫廢水并電解制備KIO3的原理
如圖所示,下列說法正確的是(　　)A.光照強(qiáng)度大小不影響KIO3的制備速率B.右側(cè)電池中K+通過陽離子交換膜從P極移向Q極C.電極N處發(fā)生電極反應(yīng):S-6e-+4H2O ══ +8H+D.不考慮損耗,電路中每消耗1 ml O2,理論上Q極可制得342.4 g KIO3
答案 C解析 光照強(qiáng)度大小影響單位時間內(nèi)生成氧氣的量,即影響電流大小,會影響KIO3的制備速率,A錯誤;鉑電極P為陰極,鉑電極Q為陽極,陰極生成氫氧根離子,而陽極生成的 比消耗的OH-少,溶液中K+通過陽離子交換膜從Q極移向P極,B錯誤;N極為負(fù)極,硫氧化菌將FeSx氧化為S,S再放電生成
4.(帶隔膜的電解池)(2022遼寧本溪二模)我國科學(xué)家開發(fā)出一種雙極制氫系統(tǒng),在低電池電壓下的KOH介質(zhì)中,可將醛類物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的羧酸鹽和氫氣,其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.泡沫銅與直流電源的正極相連B.制得1 ml氫氣,理論上外電路中遷移了2 ml電子C.高電壓下不能實(shí)現(xiàn)雙極制氫的原因可能是Cu被氧化從而使催化劑失活D.泡沫銅電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式可能為2RCHO+4OH--2e- ══ 2RCOO-+H2↑+2H2O
答案 B解析 由題圖中OH-的移動方向可知,泡沫銅是陽極,與直流電源的正極相連,A正確;陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e- ══ 2OH-+H2↑,陽極的電極反應(yīng)式為2RCHO+4OH--2e- ══ 2RCOO-+H2↑+2H2O,轉(zhuǎn)移2 ml電子時兩極上共生成2 ml H2,B錯誤,D正確;銅是活性電極,高壓電可能使Cu放電生成Cu2+,引起催化劑失活,C正確。
5.(雙選)(帶隔膜的電解池)微生物電解池產(chǎn)甲烷技術(shù)是一種有望成為緩解能源危機(jī)與溫室效應(yīng)的重要新型途徑。它以外界輸入的較小電能為能量來源,以微生物為催化劑,微生物電解池耦合厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)甲烷的工作原理如下。下列有關(guān)說法錯誤的是(　　)
A.a為電源的負(fù)極,b為電源的正極B.電子的移動方向:從b→導(dǎo)線→Y電極,再經(jīng)X→導(dǎo)線→aC.Y電極發(fā)生的反應(yīng):CO2+8H++8e- ══ CH4+2H2O、8H++8e- ══ 4H2↑、CO2+4H2 ══ CH4+2H2OD.若用鉛酸電池為電源,理論上消耗98 g H2SO4時,此裝置中有2 ml H+發(fā)生遷移
答案 A D解析 由圖可知,右側(cè)CO2得電子轉(zhuǎn)化為CH4,則右側(cè)Y電極為陰極,則b為電源負(fù)極,a為電源正極,陽極上有機(jī)化合物失電子生成CO2。a為電源的正極,b為電源的負(fù)極,A錯誤;由上述分析可知,電子的移動方向:從b→導(dǎo)線→Y電極,再經(jīng)X→導(dǎo)線→a,B正確;Y電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),則Y電極發(fā)生反應(yīng)CO2+8H++8e- ══ CH4+2H2O、8H++8e- ══ 4H2↑、CO2+4H2 ══ CH4+2H2O,C正確;根據(jù)鉛酸電池的總反應(yīng)Pb+PbO2+2H2SO4 ══ 2PbSO4+2H2O可知,若用鉛酸電池為電源,理論上消耗98 g H2SO4(1 ml)時轉(zhuǎn)移1 ml e-,根據(jù)電子守恒可知,此裝置中有1 ml H+發(fā)生遷移,D錯誤。
6.(雙選)(帶隔膜的電解池)雙極膜(BP)是陰、陽復(fù)合膜,在直流電的作用下,陰、陽膜復(fù)合層間的H2O解離成H+和OH-,作為離子源。利用雙極膜電滲析法處理含NaA的廢水,工作原理如圖,圖中“→”和“←”表示離子通過交換膜的方向。下列說法錯誤的是(　　)
A.R電極與電源正極相連,發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O-4e- ══ O2↑+4H+B.交換膜Ⅰ、Ⅲ為陽離子交換膜,交換膜Ⅱ?yàn)殛庪x子交換膜C.“雙極膜”電滲析法可應(yīng)用于從鹽溶液(MX)制備相應(yīng)的酸(HX)和堿(MOH)D.若去掉雙極膜(BP),電路中每轉(zhuǎn)移1 ml電子,兩極共得到0.5 ml氣體

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